Донбаська державна машинобудівна академія

Коробко Тамара Борисівна

УДК.621.98.044

УДОСКОНАЛЕННЯ ПРОЦЕСІВ ВИТЯГУВАННЯ НА ОСНОВІ ШТАМПУВАННЯ У МАТРИЦЯХ З БАГАТОСЕКЦІЙНИМИ

ОБЕРТОВИМИ ДИСКАМИ

Спеціальність 05.03.05 – Процеси і машини обробки тиском

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття вченого ступеня

кандидата технічних наук

Краматорськ – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Донбаському державному технічному університеті (ДонДТУ) Міністерства освіти і науки України (м. Алчевськ).

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

Майоров Геннадій Іванович, Донбаський державний технічний університет, доцент кафедри обробки металів тиском і металознавства.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Тараненко Михайло Євгенович, Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “ХАІ” (м. Харків), професор кафедри технології виробництва літальних апаратів;

кандидат технічних наук, доцент

Пиц Ярослав Євгенович, Донбаська державна машинобудівна академія (м. Краматорськ), доцент кафедри машин і технології обробки металів тиском.

Провідна установа: Східноукраїнський національний університет імені В. Даля Міністерства освіти і науки України (м. Луганськ), кафедра обробки металів тиском і зварювання.

Захист відбудеться “ 26 “ червня 2007 р. в 1300 годин на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 12.105.01 по захисту дисертацій в Донбаській державній машинобудівній академії (84313, м. Краматорськ, вул. Шкадінова 72, корпус 1, ауд.1319).

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Донбаської державної машинобудівної академії за адресою: 84313, м. Краматорськ, вул. Шкадінова 72, корпус 1.

Автореферат розісланий “ 25” травня 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

Д 12.105.01, к.т.н., доцент Ю.К. Доброносов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. У сучасних умовах розвитку економіки України основним завданням промисловості є отримання конкурентноздатної продукції. Рішенню цього питання сприяє розробка високоефективних ресурсозберігаючих технологій. У машинобудівній, гірничій, металургійній і інших галузях промисловості України застосовуються різного типу порожнисті вироби, одержані витягуванням. До них відносяться всілякі циліндри, наконечники на силовий кабель, кабельні сполучні мідні і алюмінієві гільзи різної довжини, а також вісесиметричні гофровані профілі, які неможливо одержати одноперехідним витягуванням. При витягуванні вісесиметричних циліндричних деталей за звичайною технологією відносна висота виробів за перехід складає Н/d = (0,7...0,8), (де H – висота виробу, d – діаметр виробу по середній лінії). Удосконалення процесів витягування направлене на скорочення кількості переходів, забезпечення геометричної точності і збільшення продуктивності. Проектування технологічних процесів отримання деталей з рівною товщиною стінки показало, що при використанні звичайної технології неможливо одержувати вироби з Н/d 1 за перехід, а, отже, необхідно застосовувати декілька переходів, що підвищує енерговитрати і знижує продуктивність. Це збільшує терміни підготовки і впровадження у виробництво виробів, оскільки при розрахунку технологічних процесів штампування у ряді випадків виникає необхідність експериментального доопрацювання технології. Тому розробка нових технологій витягування вісесиметричних виробів є актуальним завданням, що має науковий і практичний інтерес.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертації відповідає науковому напрямку “Новітні технології і ресурсозберігаючі технології в енергетиці, промисловості і агропромисловому комплексі” і планам держбюджетних науково-дослідних робіт (НДР) ДонДТУ.

Робота виконана в рамках держбюджетної науково-дослідної роботи № 132/ГБ кафедри “Обробка металів тиском і металознавство” ДонДТУ “Розвиток ресурсозберігаючих технологій обробки металів тиском” (№ держ. реєстрації ДР 0103U002538).

Мета і завдання досліджень. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності процесів витягування порожнистих виробів підвищеного діапазону відносних висот на основі розвитку методик розрахунку і проектування технологічних процесів штампування у матрицях з багатосекційними обертовими дисками.

Для досягнення поставленої мети в роботі були сформульовані наступні задачі:

- розробити математичні моделі локальних і інтегральних характеристик напружено-деформованого стану в процесах витягування деталей з використанням нових схем деформації для отримання порожнистих виробів з Н/d 1;

- встановити вплив технологічних чинників на процес витягування і одержати залежності, що дозволяють розраховувати режими формоутворення порожнистих виробів з листових заготовок;

- експериментально перевірити міру достовірності одержаних теоретичних рішень;

- розробити конструктивні параметри штампів з обертовими дисками (ОД);

- здійснити розробку і освоєння технологічних процесів витягування виробів з листових заготовок в штампах з ОД і визначити конструктивні параметри, що забезпечують скорочення кількості переходів.

Об'єкт дослідження. Технологічні процеси витягування порожнистих циліндричних деталей.

Предмет дослідження. Технологічні режими, силові параметри, напружено-деформований стан при витягуванні порожнистих циліндричних деталей в матрицях з багатосекційними обертовими дисками.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження процесів гофрування і витягування проведені методом сумісного рішення рівнянь рівноваги і умови пластичності.

Експериментальні дослідження по розподілу деформацій проведені методом координатних сіток; розподіли інтенсивності напружень при гофруванні і витягуванні досліджені методом вимірювання твердості; силові параметри процесу визначені методом електротензометрії; дослідження максимальної висоти виробу від параметрів процесу гофрування і витягування здійснені шляхом планованого повного факторного експерименту; для перевірки експериментальних даних використовувалися методи регресійного аналізу і математичної статистики.

Достовірність отриманих результатів підтверджена результатами порівняльного аналізу експериментальних і теоретичних досліджень процесу, а також його досвідно-промисловою реалізацією.

Наукова новизна отриманих результатів. Наукову новизну дисертаційної роботи складають наступні основні її результати і положення:

- вперше розроблена математична модель розрахунку напружень, зусиль і граничних деформацій при витягуванні у штампі з одним рядом ОД, яка дозволяє врахувати деформаційне зміцнення в процесі витягування виробів за диференційованих умов тертя;

- вперше розроблені математичні моделі процесів витягування, гофрування і глибокого витягування деталей з Н/d 1 при різних схемах деформації з використанням оснащення, виконаного з трьома рядами ОД;

- уточнена залежність висоти виробу від параметрів процесу гофрування і витягування для різних матеріалів, що дозволяє визначати висоту штампованого виробу по товщині, діаметру заготовки і довжині огинаючої при витягуванні у штампі з ОД;

- вперше для процесів гофрування і згинання експериментально встановлені діапазони величин попередньої і кінцевої деформацій протилежного знаку, в яких має місце зниження зусилля деформації.

Практичне значення отриманих результатів. Практичну цінність дисертаційної роботи складають наступні її результати:

- розроблена методика і програмні засоби з автоматизованого розрахунку і проектування технологічних процесів витягування з використанням ОД і жорстких частин матриць за рахунок перерозподілу сил тертя;

- розроблені рекомендації з удосконалення процесів витягування деталей з розширеним діапазоном відносних висот, автоматизованого розрахунку і проектування технологічних процесів, а також практично здійснене освоєння процесів витягування при отриманні порожнистих виробів в штампах з ОД за диференційованих умов тертя;

- розроблено новий спосіб виробництва виробів гофруванням і глибоким витягуванням з Н/d 1 в штампах з ОД;

- розроблені конструкції штампів при виробництві деталей “наконечник на силовий дріт до пускача ПВІ–250” і “кришка підшипника”.

Результати дисертаційної роботи у вигляді спроектованого штампового оснащення і технологічних рекомендацій пройшли досвідно-промислове випробування на Перевальському ремонтно-механічному заводі “ЛУГАНСЬКВУГІЛЛЯ” і Луганському заводі “ЛУГЦЕНТРОКУЗ”.

Матеріали роботи використовуються в навчальному процесі Донбаського державного технічного університету на кафедрі обробки металів тиском і металознавства при вивченні курсу “Додаткові глави по теорії і технології ковальсько-штампувального виробництва”, а також при виконанні студентами дипломних проектів і магістерських робіт.

Особистий внесок здобувача. Автор здійснив постановку задач, виконав теоретичні дослідження, розробив математичні моделі напружено-деформованого стану металу при витягуванні, гофруванні і глибокому витягуванні тонколистового матеріалу у штампах з ОД, брав участь в проведенні лабораторних і досвідно-промислових випробуваннях результатів роботи. Автору належить розробка технології виготовлення конструкції штампового оснащення, аналіз отриманих результатів і їх узагальнення.

Апробація результатів роботи. Основні положення і результати дисертаційної роботи повідомлені і обговорені на Всеукраїнській науково-технічній конференції “Перспективні технології та обладнання обробки тиском в машинобудуванні та металургії”, м. Краматорськ, 24-27 квітня 2001 г.; на міжнародній науково-технічній конференції “Проблемі та перспективи розвитку процесів і машин обробки тиском”, м. Краматорськ, 23-26 квітня 2002 г.; на шостій міжнародній науково-технічній конференції “Пластична деформація металів”, м. Дніпропетровськ, 16-19 вересня 2002 г.; на науково-технічній конференції “Нові досягнення і перспективи розвитку процесів і машин обробки тиском”, м. Краматорськ, 22-25 квітня 2003 г.; на науково-технічній конференції “Нові наукоємні технології, устаткування і оснащення для обробки матеріалів тиском”, м. Краматорськ, 20-22 квітня 2004 г.; на щорічних науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу Донбаського державного технічного університету, м. Алчевськ, 2001-2006 рр.

Публікації. Основний зміст дисертаційної роботи опубліковано в 13 статтях з наукової тематики в 11 спеціалізованих, згідно переліку ВАК України, виданнях; нові технічні рішення захищені двома патентами України.

Структура і об'єм роботи. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Загальний об'єм роботи 203 сторінки, зокрема 139 сторінок основного тексту, 80 рисунків, із них 4 на 4 окремих сторінках і 8 таблиць, із них 1 на 1 сторінці, список використаних джерел із 111 найменувань на 12 сторінках і 6 додатків на 47 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі викладена загальна характеристика роботи, обґрунтована актуальність теми дисертації, сформульовані мета і завдання досліджень, освітлена наукова новизна і практичне значення отриманих результатів, а також їх апробація, промислове використання і положення, які виносяться на захист.

Технологічні режими, методи розрахунку, способи формоутворення заготовок (стан питання).

У розділі надано аналіз стану теорії і технології витяжки вісесиметричних деталей з листового матеріалу. Сучасний рівень теорії і технології витягування визначають роботи Ю.О. Аверкієва, С.І. Вдовіна, В.Д. Головльова, В.І. Дорошко, Є.І. Ісаченкова, В.Л. Колмогорова, Є.О. Попова, О.Є. Попова, В.П. Романовського, В.І. Стеблюка, М.Є. Тараненко і інших учених.

Разом з тим відомі методи теоретичного аналізу не повністю відображають вплив всіх чинників на напружено-деформований стан (НДС) металу при штампуванні та ускладнюють прогнозування таких параметрів, як різнотовщинність і механічні властивості по довжині утворюючої. Проведений літературний огляд існуючих технологій показав, що отримання порожнистих виробів підвищеного діапазону відносних висот стримується через відсутність ефективних схем деформації, використання яких доцільно при створенні нових технологій і конструкцій штампового оснащення, отриманих на основі розвитку методів автоматизованого розрахунку і проектування. В цьому випадку основна увага повинна бути приділена умовам контактного тертя і змінам локальних і інтегральних характеристик напруженого стану в умовах знакозмінного навантаження.

Одним із способів підвищення витяжної здатності є застосування в штампах обертових дисків (ОД), але наявні схеми їх розташування не дозволяють отримувати вироби з Н/d 1, оскільки відбувається відрив дна заготовки. Літературні дані дозволяють судити про те, що немонотонна пластична деформація може бути використана як засіб підвищення критичної деформації і пов'язаних з нею граничних технологічних параметрів в операціях листового штампування з використанням нових схем деформацій у штампах з ОД. Проведений аналіз дозволив визначити мету і задачі дослідження.

Вибір напряму і методів досліджень

Обґрунтовано вибір напряму підвищення техніко-економічних показників процесів витягування листового матеріалу. Як основний напрям теоретичних і експериментальних досліджень в області технологій слід розглядати підвищення наукової обґрунтованості технічних рішень, направлених на зниження собівартості, збільшення продуктивності і економію матеріальних ресурсів на всіх етапах виробництва.

Обґрунтовано вибір методики теоретичних і експериментальних досліджень процесів витягування при використанні ОД в конструкціях формозмінюючих штампів. Теоретичні дослідження НДС процесів формозмінення були проведені шляхом сумісного рішення рівнянь рівноваги і умови пластичності. В основу експериментальних досліджень покладені методи електротензометрії для вимірювання деформуючих зусиль, метод координатних сіток для визначення деформованого стану і метод вимірювання твердості для визначення напружень.

Експерименти проведені на кривошипному пресі моделі К116Г (номінальним зусиллям 0,63 МН) і гідравлічному пресі моделі П 125 (номінальним зусиллям 1,25 МН) з гідравлічним силовимірювачем торсіонного типу. Як інструмент використовувалися змінні матриці і притиски, виконані з ОД. Діаметр витяжних пуансонів змінювався від 12 до 56,5 мм. Як заготовки для витягування використовувався листовий матеріал з холоднокатаної маловуглецевої сталі 08кп, алюмінію марки А3, міді марки М2, латуні Л68 і свинцю марки С3 завтовшки від 1 до 4 мм. Діаметр заготовок знаходився в межах 35-185 мм. Радіус ОД (rп) залежно від товщини матеріалу (s) вибирали в межах від 3 до 10 мм.

Теоретичні дослідження формозмінюючих операцій гофрування і витягування

Даний розділ присвячено аналізу НДС при витягуванні без стоншування в штампах з ОД за диференційованих умов тертя. Даний штамп характеризується наявністю обертових дисків, які можуть змінювати умови тертя при переміщенні металу в отвір матриці в порівнянні з штампуванням в цілісній радіальній матриці. Умовний усереднений коефіцієнт тертя визначали по формулі:

1 = (пlп+ нlн)/(lп + lн), (1)

де п, н – коефіцієнт тертя відповідно між рухомою і нерухомою частинами матриці і заготовкою;

lп, lн – довжини дуг рухомих і нерухомих елементів, для яких розраховується умовно усереднене значення коефіцієнта тертя.

Розглянуто процес витягування, який здійснюється у штампі з одним рядом обертових дисків, встановлених на матриці. Визначивши вплив моментів опору обертанню в опорній поверхні диска моменту, прикладеному до зовнішнього радіусу диска, було отримано вираз:

1 = r0/rп, (2)

де - коефіцієнт тертя між віссю і диском;

r0, rп – внутрішній та зовнішній радіуси дисків.

При значенні коефіцієнта тертя на поверхні диска менш розрахованого по формулі (2) між диском і заготовкою відбуватиметься ковзанням без обертання дисків.

Використовуючи рівняння рівноваги і умову пластичності, з урахуванням поправок на вигин і випрямлення, визначене максимальне розтягуюче напруження уmax, зусилля витягування, притиску, інтенсивність напружень і деформацій, що діють у момент витягування. Отримані графіки залежностей max/(s ) = F(, 1, /Rзг), (де max - максимальне радіальне напруження; - коефіцієнт Лоде; s - напруження текучості, - кут контакту між заготовкою і ОД радіусом рівним rп, - радіальна координата, Rзг - радіус заготовки). Радіуси скруглення радіальної матриці і ОД однакові. При штампуванні в матриці з ОД зі зменшенням величини rп і збільшенням коефіцієнта тертя збільшується максимальне радіальне напруження, як в радіальній матриці, тільки на меншу величину. Крім того, зменшення радіусу ОД знижує похідну залежності max/(s)=F(1), а в залежності max/(s ) = F() очевидна нелінійна протилежна пропорційність, яка указує на зниження навантаження в небезпечному перетині в ході витягування.

Отримані розподіли співвідношень радіального, тангенціального і інтенсивності напружень до напруження течії, а також інтенсивності деформацій по відносному радіусу на фланці заготовки у момент витягування. Обчислення проведені при однакових параметрах штампу з ОД порівняно з тими ж розподілами в процесі витягування в звичайному штампі з ідентичними параметрами.

При витягуванні використовували плоскі круглі і гофровані (тобто невеликі до 5s0 по глибині, де s0 - початкова товщина матеріалу) заготовки. Встановлено, що ОД сприяють зниженню радіальних і збільшенню тангенціальних напружень на фланці. При цьому криві інтенсивності напружень знаходяться нижче, а інтенсивності деформацій вище кривих у разі витягування у матриці з ОД в порівнянні з штампуванням в цілісній матриці. Це зумовлюється полегшенням умов тертя на вигині і більш рівномірним розподілом напружень по радіусу заготовки при витягуванні.

Розроблена математична модель, що дозволяє аналізувати поля напружень і деформацій при перетворенні заготовки на виріб з подвійною кривизною утворюючої.

Отримані рівняння рівноваги і умови пластичності приведені до вигляду:

; (3)

де j-k – початок і кінець ділянок.

Рішення такої системи ускладнене наявністю декількох ділянок, кожна з яких описана індивідуальною математичною моделлю, а також наявністю диференціального рівняння. Для цього створений алгоритм розрахунку чисельного рішення задачі: розрахунок поля напружень; розрахунок розподілу деформацій; розрахунок розподілу напружень текучості по радіусу з урахуванням зміцнення; коректування поля напружень; коректування розподілу деформацій. Схеми НДС заготовки при гофруванні приведений на рис. 1.

Рис. 1. Напружено-деформований стан заготовки при гофруванні

1 - листова заготовка, 2 - матрица, 3 - пуансон

Розподіл деформацій визначали з рівняння зв'язку напружень і деформацій, які представлені таким чином:

; (4);(5), (6)

де ес, еи, еz – деформації радіальні, тангенціальні і по товщині;

ус ,уи – тангенціальні та радіальні напруження;

– функція проекції довжини огинаючої на горизонт, що визначає радіус гофра залежно від довжини огинаючої l.

Рівняння, необхідне для визначення d(), має вигляд:

. (7)

Необхідне технологічне зусилля для гофрування даного профілю (Pг) знаходимо з виразу:

, (8)

де P1, P2 – опорні реакції, необхідні для деформації відповідних ділянок заготовки;

Q – зусилля притиску.

Складові цих опорних реакцій визначаються в середині кожної з ділянок отриманого гофра (1- 8), представленого на рис. 1.

Для отримання залежностей НДС металу в процесі витягування з урахуванням зміцнення необхідно розраховувати по черзі для кожної конкретної точки виробу, що витягується, поле напружень і деформацій. При розрахунку тангенціальних деформацій необхідно нехтувати складовою, що залежить від сумарної радіальної деформації . Пояснюється це тим, що розрахунок поля напружень необхідно вести від краю заготовки, а величину сумарної радіальної деформації визначати від центру заготовки.

Таким чином, тангенціальну деформацію визначимо по формулі:

(9)

де L() – довжина огинаючої до точки з радіусом .

Деформацію по товщині визначимо із закону збереження об'єму:

. (10)

Підставляючи в рівняння зв'язку напружень і деформацій даний вираз отримаємо формулу для визначення радіальної деформації ():

. (11)

Сформована математична модель НДС металу в процесі витягування з попереднім гофруванням в штампі з ОД, схема якої приведена на рис. 2.

У функціональній схемі прийняті позначення: 0 - коефіцієнт тертя між поверхнями матриці, притиску і заготовки, при її переміщенні; Rзг - радіус заготовки під витягування; q - тиск рідини в матриці; F - площа перетину отвіру матриці; A,E,G - коефіцієнти кривої зміцнення; i – накопичена інтенсивність деформацій; - величина деформації після гофрування; р – рівномірне відносне подовження, що є параметром матеріалу заготовки; n – показник зміцнення; Hг – глибина формованого гофра; L(R) –довжина половини огинаючої гофра.

При побудові даної моделі прийнято допущення про відсутність початкової стадії витягування. За допомогою цієї моделі були отримані графіки розподілу напружень , , i, межі текучості s і деформацій , , z, i по довжині огинаючої заготовки з початком відліку на краю.

Експериментальні дослідження процесів гофрування і витягування у штампах з багатосекційними обертовими дисками

У цьому розділі приведені результати експериментальних досліджень зразків на стиснення на машині Р50 номінальним зусиллям 500 кН з фіксацією зусилля деформації, необхідної для побудови діаграм текучості. Експериментально набуті значення коефіцієнтів, що апроксимують закон зміцнення для сталі 08кп, латуні марки Л68, міді марки М2 і алюмінію марки А3. Побудовані тарувальні графіки для поліуретанової подушки і гідравлічного протитиску, а також досліджено і оцінено вплив умов тертя на якість виробів, що витягуються, і технологічних чинників на протікання процесів гофрування і витягування. Встановлено, що застосування в конструкції штампів ОД призводить до різних умов тертя між заготовкою і радіусом перетягування матриці. При цьому відбувається зниження тертя на ділянках напівфабрикату, формованих ОД, а на ділянках формованих необертовими елементами матриці воно залишається таким самим, як і у фланці. Формоутворення в штампі з ОД дозволяє проводити формозміни без розривів у випадку, якщо висота отримуваних виробів не перевищує розміру 2R (де 2R = rп + 0,5s0). Це дозволяє зробити висновок про те, що застосування ОД забезпечує зниження величини радіального і тангенціального напружень в небезпечному перетині заготовки.

Проведена оцінка ефективності штампування вісесиметричних деталей з подвійною кривизною утворюючої у штампі з ОД. Встановлено, що ОД дозволяють понизити зростання інтенсивності напружень за рахунок перерозподілу деформацій по характерних перетинах на внутрішньому борту і сприяють зростанню на зовнішньому борту отримуваних гофрів, що позитивно позначається на гофруванні. Необхідність перекладу максимального стоншування до краю деталі подвійної кривизни існує в тому випадку, якщо деталь використовуватиметься як заготовка для подальшого витягування.

Проведені дослідження процесів згинання і гофрування в штампі з ОД, як найбільш схожих. Критерієм ефективності впливу попередньої деформації протилежного знаку є величина коефіцієнта К1.

На рис. 3 приведена залежність К1=Р1г/Р2г від параметра u=е/епопер(де Р1г - зусилля гофрування, тобто витягування з попередньою деформацією протилежного знаку; P2г- зусилля гофрування без попередньої деформації протилежного знаку; е - ступінь кінцевої деформації крайніх волокон; епопер - ступінь попередньої деформації крайніх волокон) для процесу гофрування.

Рис. 3. Залежність коефіцієнта К1 від параметра u при гофруванні в штампі з ОД (лінії 1, 2, 3, 4, 5 відповідають кінцевим деформаціям 3.84, 3.27, 2.58, 1.79 і 0.92%).

Встановлено, що при згинанні потрібна незначна попередня деформація, а при гофруванні в штампі з ОД потрібна значна попередня деформація протилежного знаку, оскільки беруть участь периферійні фланцеві зони заготовки. Величини параметра u залежать не тільки від попередньої деформації протилежного знаку, але і від кінцевої деформації, що значно виявляється при гофруванні у штампі з ОД і підтверджено експериментально.

Витягування із попередньо гофрованої заготовки йде в два етапи. Перший характеризується моментом заходу витяжного пуансона в матрицю на величину (0,4…1)rп, а другий на величину (3,6...5)rп ОД. Вступаючи в роботу, вони створюють сприятливі умови в процесі витягування. Зіставлення експериментальних результатів і теоретичних розрахунків представлені на рис. 4.

При розрахунку зусиль гофрування і витягування необхідно застосовувати поправочний коефіцієнт, який розрахований для досліджуваних матеріалів. Значення коефіцієнту дорівнює 0,65 для м'яких матеріалів (алюміній, мідь), а 0,75 для твердих (сталь 08кп, латунь). При виконанні операції витягування процес йде з незначним стоншуванням фланця отримуваного виробу, а не з потовщенням, як при звичайному витягуванні. Тому при виконанні розрахунків технологічних процесів приймаємо, що ця операція йде практично при одній і тій же товщині матеріалу, що підтверджене експериментально.

Рис. 4. Залежності зусиль витягування від ходу повзуна а) розрахункові (----), б) експериментальні (–) значення

Експериментально встановлено, що стоншування відбувається шляхом обтискання металу між дисками, що знаходяться із зовнішньої поверхні матриці, і притиском, а наявність протитиску забезпечує запобігання утворенню обриву матеріалу у дна виробу. Наявність обтискання матеріалу підтверджує доцільність винесення найбільш тонкого місця області закруглення дна пуансона в гофрований фланець.

Сформульований принцип перерозподілу стоншування при глибокому витягуванні, згідно якому зона максимального стоншування переводиться з області радіусу закруглення дна пуансона в гофрований фланець з урахуванням його критичного ступеня деформації, що дозволяє отримувати вироби більшої відносної висоти. Результати практичної реалізації розроблених рекомендацій підтвердили необхідність коректування обліку реального характеру граничних умов при одночасному обліку історії деформації при глибокому витягуванні.

На підставі моделювання процесів витягування розроблені способи отримання вісесиметричних деталей подвійної кривизни і глибокого витягування у штампах з ОД. Для отримання аналітичної залежності максимальної висоти виробу від параметрів процесу і спрощення розрахунку був реалізований план повного факторного експерименту типу 23. Як чинники досліджувалися незалежні величини s, L(В), Dвир (де L(В) - ширина гофрованої частини фланця, Dвир - діаметр виробу по середній лінії).

Рівняння регресії в натуральних значеннях для різних матеріалів приведені в таблиці 1. Там же приведені значення, які отримані по викладеній методиці і розраховані по існуючим формулам при Dзаг=94 мм, Dвир=42,5 мм і s0=2 мм.

Була проведена оцінка регресійного аналізу за визначенням дисперсій паралельних дослідів, а розрахункові значення критерію Кохрена порівнювали з табличними. Приймається гіпотеза про однорідність дисперсій паралельних дослідів.

Коефіцієнти регресії, представлені в таблиці 1, виявилися значущими по критерію Стьюдента (), при довірчій вірогідності 0,95 і 7 ступенях свободи. Отримана регресійна модель виявилась адекватною по критерію Фішера при довірчій вірогідності 0,95.

Досліди на нульовому рівні показали, що розбіжність результатів розрахунку по рівняннях регресії і експериментальних значень в центрі плану складає менше 7%, що дає підставу стверджувати, що лінійна модель є коректною апроксимацією досліджуваних функцій.

В табл. 1 представлені отримані залежності висоти виробу від параметрів процесу гофрування і витягування для різних матеріалів, що дозволяють визначати висоту виробу при заданій товщині, діаметрі і довжині утворюючої, а також результати розрахунків в нульовій точці планованого експерименту.

Таблиця 1.

Залежності висоти витягнутих виробів від параметрів процесу

Матеріал | Значення параметра H, мм | Нр, мм | Нр1, (по Романовському), мм | Відн. похибка, % | Нре експеримент., мм | Відн. похибка, %

Сталь 08кп | 1,24Dвир+0,56 [s+L(B)]–12,12 | 52,9 | 41,7 | 21,17 | 55,9 | 5,36

Латунь Л68 | 0,41s+0,05L(В) +1.2Dвир–2.17 | 50,7 | 17,75 | 53.7 | 5,58

Мідь М2 | 0,49s+1,21Dвир+0,22L(В)–5,0 | 51,8 | 19,5 | 54,8 | 5,4

Алюміній А3 | 1,7s+0,36L(В)+1,46Dвир–13,56 | 59,1 | 29,44 | 63,4 | 6,78

Практичне застосування результатів

На основі теоретичних і експериментальних досліджень розроблена методика і надано приклад розрахунку технологічного процесу витягування із знакозмінним навантаженням матеріалу. Розроблені рекомендації за розрахунком і призначенням технологічних параметрів, що дозволяють отримувати деталі з подвійною кривизною утворюючої і деталі з великою відносною висотою з попереднім гофруванням заготовки.

Розроблені і пройшли досвідно-промислові випробування технології виготовлення деталі “кришка підшипника” на заводі “ЛУГЦЕНТРОКУЗ” і деталі “наконечник на силовий дріт до пускача ПВІ-250” в умовах Перевальського ремонтно-механічного заводу.

ВИСНОВКИ

У дисертації виконані нові науково-технічні розробки щодо розвитку методик розрахунку і проектування, а також з удосконалення технологій і оснащення процесів витягування у матрицях з багатосекційними обертовими дисками і вирішені на цій основі актуальні задачі, які мають практичне значення і направлені на розширення сортаменту, зниження енерговитрат і собівартості.

1. Подальший розвиток технологій і інструменту промислового виробництва деталей підвищеного діапазону відносних висот пов'язаний з розвитком методів розрахунку і проектування технологічних процесів витягування при використанні нових схем деформації за рахунок зміни умов тертя.

2. Розроблений комплекс чисельних математичних моделей і програмних засобів за розрахунком процесів витягування, гофрування і глибокого витягування, що дозволяють проводити аналіз напружено-деформованого стану при формозміні вісесиметричних заготовок у штампі з ОД, а також розраховувати технологічні параметри на характерних стадіях процесу.

3. Сформульований принцип перерозподілу стоншування при глибокому витягуванні, згідно якому зона максимального стоншування переводиться з області радіусу закруглення дна пуансона в гофрований фланець з урахуванням його критичного ступеня деформації, що дозволяє отримувати вироби більшої відносної висоти за рахунок пластичної деформації фланця. Результати практичної реалізації розроблених рекомендацій підтвердили необхідність коректування реального характеру граничних умов при одночасному обліку історії деформації при глибокому витягуванні. В цьому випадку величини попередньої деформації складає до 0,25s0, знаходиться на плоскій частині заготовки під поверхнею притиску і обмежується розмірами (D2+2rп) і [(D2+4(rп+s0)] (де D2 – діаметр ряду поворотних дисків, розташованих на притиску).

4. Встановлено, що зміна умов тертя за рахунок застосування в конструкції штампів з ОД дозволяє підвищити витяжну здатність металу, а також дозволяє отримувати деталі з подвійною кривизною утворюючої при збереженні початкової товщини матеріалу.

5. Експериментально встановлено вплив знакозмінного навантаження на зусилля і отримані діапазони величин попередньої і кінцевої деформацій протилежного знаку, в яких має місце зниження зусилля деформації для процесів гофрування і згинання. При згинанні значення величини попередньої деформації крайніх волокон, що забезпечують зниження зусилля деформації при кінцевій деформації знаходиться в діапазоні 2,13…3,36%. При гофруванні у штампі з обертовими дисками ці показники знаходяться в інтервалі значень 1,79...3,27 %.

6. Розроблені наукові основи конструювання штампів з обертовими дисками і визначені його конструктивні параметри, що забезпечують отримання деталей більшої відносної висоти з Н/d > 1 при скороченні числа переходів.

7. Отримані залежності висоти виробу від параметрів процесу гофрування для різних матеріалів, що дозволяють визначати висоту виробу по товщині, діаметру і довжині утворюючої.

8. Розроблені спосіб і методика розрахунку технологічного процесу витягування деталі “кришка підшипника” і глибокого витягування із знакозмінним навантаженням матеріалу для деталі “наконечник на силовий дріт до пускача ПВІ-250”, а також конструкції штампів з ОД, які пройшли промислове випробування у виробничих умовах Перевальського ремонтно-механічного заводу “ЛУГАНСКВУГОЛЬ” (м. Перевальськ) і заводу “ЛУГЦЕНТРОКУЗ” (м. Луганськ). Економічний ефект досягнуто за рахунок скорочення кількості технологічних переходів.

Список опублікованих робіт за темою дисертації

1. Коробко Т.Б., Майоров Г.И., Митичкина Н.Г. Анализ процессов получения трубчатых изделий // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в машинобудуванні і металургії: Зб. наук. пр. – Краматорськ: ДДМА, 2001. - С. 250-252.

2. Коробко Т.Б., Митичкина Н.Г., Майоров Г.И. Напряженно-деформированное состояние заготовки при гофрировании фланца для глубокой вытяжки // Зб. наук. пр. – Алчевськ: ДонДТУ, вип. № 14, 2001.- С. 317-321.

3. Коробко Т.Б., Майоров Г.И., Петрушов С.Н. Анализ начальной стадии процесса глубокой вытяжки в штампе с подвижными дисками // Зб. наук. пр. – Алчевськ: ДонДТУ, вип. № 16, 2002. - С. 164-168.

4. Коробко Т.Б., Майоров Г.И. Двухплоскостное перемещение инструмента при глубокой вытяжке с волочением осесимметричных деталей // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Зб. наук. пр. - Краматорськ: ДДМА, 2002.- С. 30-32.

5. Коробко Т.Б., Майоров Г.И. Анализ напряженно-деформированного состояния при получении кольцеобразного гофра на заготовке под вытяжку // Металлургическая и горнорудная промышленность: Сб. научн. трудов.- Днепропетровск: НМетАУ, № 8-9, 2002.- С. 499-504.

6. Майоров Г.И., Коробко Т.Б., Майоров Д.Г. Исследование влияния условий трения на качество вытягиваемых изделий в матрице с поворотными дисками // Зб. наук. пр.- Алчевськ: ДонДТУ, вип. № 17, 2003. - С. 309-314.

7. Майоров Г.И., Коробко Т.Б. Учет коэффициента трения при расчете технологии вытяжки в матрицах с поворотными дисками // Зб. наук. пр. - Алчевськ: ДонДТУ, вип. № 17, 2003.- С. 315-319.

8. Майоров Г.И., Коробко Т.Б. Экспериментальные исследования возможности интенсификации процесса вытяжки // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Зб. наук. пр. – Славянськ - Краматорськ: ДДМА, 2003. - С. 301-304.

9. К расчету распределения толщины в процессе гофрирования осесимметричных деталей / Д.Г. Майоров, В.А. Луценко, Г.И. Майоров, Т.Б. Коробко // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Зб. наук. пр. - Краматорськ: ДДМА, 2003. - С. 395-399.

10. Математическая модель глубокой вытяжки в штампах с поворотными дисками из предварительно гофрированных заготовок / Г.И. Майоров, Т.Б. Коробко, Д.Г. Майоров, Н.Г. Митичкина // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Зб. наук. пр. - Краматорськ: ДДМА, 2004. - С. 251-256.

11. Особенности построения математической модели для гофрирования осесимметричных заготовок в штампе с поворотными дисками / Г.И. Майоров, Т.Б. Коробко, Д.Г. Майоров, В.А. Луценко // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Зб. наук. пр. - Краматорськ: ДДМА, 2004. - С. 377-380.

12. Оценка целесообразности штамповки осесимметричных деталей двойной кривизны в штампе с поворотными дисками / Г.И. Майоров, Т.Б. Коробко, Н.Г. Митичкина, Д.Г. Майоров // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: Зб. наук. пр. – Луганськ: СНУ ім. В.Даля.-2004.- С. 166-172.

13. Огородников В.А., Луценко В.А., Коробко Т. Б. Экспериментальное исследование эффекта Баушингера в процессах гибки и гофрирования // Зб. наук. пр.- Алчевськ: ДонДТУ, вип. № 19, 2005. - С. 209-214.

14. Пат. 47766А Україна, МКИ В 21D 22/20. Спосіб глибокого витягування/ Т.Б. Коробко, Д.Г. Майоров, Г.І. Майоров, В.О. Луценко. (Україна). - №2001096196; Заявл. 10.09.2000; Опубл. 15.07.2002; Бюл. №7.

15. Пат. 47765А Україна, МКИ В 21D 22/02. Штамп для глибокого витягування / Д.Г. Майоров, Т.Б. Коробко, Г.І. Майоров, В.О. Луценко (Україна). - №2001096196; Заявл. 10.09.2000; Опубл. 15.07.2002; Бюл. №7.

Особистий внесок претендента в роботах, опублікованих в співавторстві:

[1, 2, 3] - виконано аналіз НДС початкової стадії і гофрування при глибокому витягуванні; [4, 5, 8] - визначено вплив ОД на процес волочіння, гофрування і витягування; [6] - розроблена конструкція напівфабрикату під витягування; [7] - розроблена методика розрахунку коефіцієнта тертя; [8, 9] - досліджений вплив ОД на процес витягування і розглянута зміна товщини заготовки в штампі з ОД; [10, 11] - сформована математична модель, яка дозволяє оцінювати основні показники напружено-деформованого стану металу в процесі витягування; [12, 13] - розроблена методика і проведені експериментальні дослідження при згинанні і гофруванні; [14, 15] - розроблений спосіб і конструкція штампу з трьома рядами ОД для глибокого витягування деталей з Н/d > 1.

АНОТАЦІЯ

Коробко Т.Б. Удосконалення процесів витягування на основі штампування у матрицях з багатосекційними обертовими дисками. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.03.05 - “Процеси і машини обробки тиском” - Донбаська державна машинобудівна академія, Краматорськ, 2007.

Дисертація присвячена удосконаленню і розвитку листового штампування, зокрема процесам гофрування, витягування і глибокого витягування. Виконано аналіз існуючих способів витягування. Встановлено, що в даний час не існує способу витягування за перехід, коли відношення висоти виробу до діаметру Н/d 1 при низькій різнотовщинності одержуваних стінок виробу. Проведені дослідження напружено-деформованого стану першого переходу витягування. В результаті досліджень побудована математична модель, що дозволяє аналізувати розподіл поля напружень по заготовці в процесі гофрування вісесиметричних заготовок. Встановлено, що зниження коефіцієнта тертя при формозміні матеріалу у штампі з обертовими дисками усуває локалізоване потоншення внутрішнього борту виробу при отриманні вісесиметрічних деталей з подвійною кривизною, призводить до збільшення витяжної здатності металів у штампах з обертовими дисками.

Проведені експериментальні та теоретичні дослідження підтвердили можливість удосконалення процесів витягування у штампах з обертовими дисками за рахунок зниження зусилля деформування і одержання виробів більшої висоти без особливих ускладнень конструкції штампового блоку пресу.

Ключові слова: витягування, обертові диски, напружено-деформований стан, матриця, притиск, пуансон, напруження, деформації, математичне моделювання.

АННОТАЦИЯ

Коробко Т.Б. Совершенствование процессов вытяжки на основе штамповки в матрицах многосекционными поворотными дисками. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.05 - „Процессы и машины обработки давлением”.- Донбасская государственная машиностроительная академия, Краматорск, 2007.

Диссертация посвящена совершенствованию и развитию листовой штамповки, в частности процессам гофрирования, вытяжки и глубокой вытяжки. Выполнен анализ существующих способов вытяжки. Установлено, что в настоящее время не существует способа вытяжки за переход, позволяющего получать изделия с Н/d > 1 при низкой разнотолщинности получаемых стенок изделия. Теоретические исследования процессов гофрирования и вытяжки проведены методом совместного решения уравнений равновесия и условия пластичности, а также методом численного решения по определению напряжения текучести.

Установлено, что с уменьшением радиуса поворотных дисков (ПД) и увеличением коэффициента трения увеличивается максимальное радиальное напряжение, а ПД способствуют снижению радиальных и увеличению тангенциальных напряжений во фланце. Облегчаются условия трения на изгибе и происходит более равномерное распределение напряжений по радиусу заготовки. В результате исследований напряженно-деформированного состояния при гофрировании осесимметричных заготовок построены математические модели, позволяющие анализировать распределение поля напряжений по заготовке в процессе гофрирования. Установлено, что уменьшение коэффициента трения сглаживает зависимость коэффициента вытяжки от отношения радиуса диска к толщине заготовки, а увеличение этого отношения сглаживает зависимость коэффициента вытяжки от коэффициента трения. Снижение коэффициента трения при формоизменении материала в оснастке с ПД устраняет локализованное утонение внутреннего борта изделия при получении осесимметричных деталей с двойной кривизной и приводит к увеличению вытяжной способности металла. Разработан способ, дающий возможность проводить глубокую вытяжку (Н/d > 1) с предварительным гофрированием заготовки. Экспериментально получены диапазоны величин предварительной и конечной деформаций противоположного знака для процессов гофрирования и гибки, в которых имеет место снижение усилия деформирования.

Получены зависимости максимальной высоты изделия от параметров процесса гофрирования и вытяжки для различных материалов путем планирования полного факторного эксперимента, позволяющие определять высоту изделия по толщине, диаметру изделия и длине образующей. Разработана методика расчета технологического процесса вытяжки листового материала в матрицах с многосекционными поворотными дисками, при помощи которой можно определять усилие, амплитуду, период, диаметр заготовки в процессе вытяжки с учетом напряженно-деформированного состояния и предельного формоизменения. Предложена конструкция штампа, которая дает возможность проводить глубокую вытяжку одновременно с получением изделий большей высоты без особых усложнений конструкции штампового блока пресса. Намечены пути дальнейшего совершенствования отмеченного процесса.

Ключевые слова: вытяжка, поворотные диски, напряженно-деформированное состояние, матрица, прижим, пуансон, напряжения, деформации, математическое моделирование.

ABSTRACT

Korobko T.B. Perfection of the drawing out processes on the base of pressing on the matrix with multicell turn disks. - Manuscript.

Dissertation for a Candidate’s degree in Engineering, speciality 05.03.05. – Processes and Machines of plastic working. Donbass State Engineering Academy, Kramatorsk, 2007.

The investigation of strength-deformed state of the first drawing transition was done. It is determined that if decrease the radius of the PD and increase the friction index the maximum radial tension is increased as well. Pd promotes the reducing of radial tension and increasing the tangential tension in flange. The friction conditions become easier in the bending point and there is more equal distribution of tension along